Análise estrutural

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ANÁLISE ESTRUTURAL DE JUNTAS APARAFUSADAS UTILIZANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS STRUCUTURAL ANALYSIS OF BOLTED JOINTS USING THE METHOD OF FINITE ELEMENTS
Sidnei André dos Santos, Pablo de Assis Barreto da Silva, Fernando de Azevedo Silva – Campus de
Guaratinguetá – Faculdade de Engenharia – Engenharia Mecânica – sidnei070@yahoo.com.br Palavras-chave: Juntas; Análise estrutural; ElementosFinitos. Keywords: Joints; Structural analysis; Finite elements.

1. INTRODUÇÃO Uma junta aparafusada é empregada para segurar duas ou mais partes em conjunto para formar uma montagem em uma estrutura mecânica. Duas características primárias em uma junta aparafusada são a pré-tensão e interação das partes em contato. O efeito do pré-carregamento é fornecer às peças em compressão uma melhorresistência à carga externa de tração e aumentar o atrito de escorregamento entre as peças de modo que as mesmas possam resistir melhor à carga de cisalhamento. A pré-tensão geralmente pode ser modelada com uma deformação térmica, pelo método de equações de coação, ou uma deformação inicial. Para o método de deformação térmica, a pré-tensão é gerada pela atribuição virtual de diferença de temperaturas ecoeficientes de expansão térmica para o parafuso e os flanges (ou placas). No caso do método de equações de coação, a pré-tensão é uma forma especial de acoplamento, com quais equações podem ser aplicadas para governar as ações dos nós associados. Método da deformação inicial é mais diretamente abordado, no qual o deslocamento inicial é considerado como uma porção da prétensão na estrutura comjunta aparafusada.
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2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E OBJETIVOS O método dos elementos finitos é uma importante ferramenta computacional para executar cálculos que na prática seriam muitos difíceis ou mesmo impossíveis. As suas primeiras aplicações tiveram início na década de 1950. Até certa época, o processamento só podia ser feito nos caros mainframes e, por isso, o uso era restrito a grandesempresas, centros de pesquisa e instalações militares. Com a evolução da capacidade e a redução de custos dos computadores, as aplicações do método se expandiram e se tornaram cada vez mais precisas e sofisticadas. O trabalho tem por finalidade verificar técnicas de modelagem de estruturas com juntas aparafusadas baseadas na referência (Kim, 2006) utilizando o software comercial COSMOS – GEOSTAR. 3.METODOLOGIA Casos de análises estáticas: A conexão de junta aparafusada usada é composta de duas placas de 60 x 40 x 10 mm individualmente e unidas com um parafuso M10. O material do parafuso e placas é suposto ter comportamento linear estático durante o aperto, cujas propriedades mecânicas de entrada são: módulo de elasticidade de 200 GPa e coeficiente de Poisson de 0.3 (aço-carbono). A força deaperto é de 1500 N. Modelo de parafuso sólido: A construção do parafuso sólido é o modelo de elementos finitos mais realista, dentre os quatro tipos de modelos apresentados, o qual é modelado usando elementos tridimensionais em forma de tijolos, denominados SOLID no COSMOS. O elemento é definido por

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oito nós e cada um tendo três graus de liberdade. Em seqüência, elementos de contato nó anó, que consiste de elementos de contato (GAP), são usados nas interfaces entre a cabeça do parafuso e o flange superior, a porca e o flange inferior e entre o flange superior e inferior. Neste modelo de parafuso, a fim de aplicar força de aperto sobre o parafuso, o método de deformação térmica virtual é empregado, o coeficiente de expansão térmica é suposto ser unitário e a diferença de temperaturaé considerada como a seguinte relação:

4 P0 πd 2 E Modelo de parafuso acoplado: É mais simples que o de parafuso sólido. O suporte de um parafuso é modelado simplificadamente por um elemento de viga, e os nós correspondentes à cabeça e à porca são conectados ao suporte por meio de acoplamentos DOF (Degree Of Freedom ou Graus de Liberdade), não existem elementos de contato entre o parafuso...
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